乙烯焦油基沥青及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及锂离子电池负极材料领域，公开了一种乙烯焦油基沥青的制备方法，该方法包括：(1)将乙烯焦油进行预热；然后在含氧气氛下在第一温度下发生第一热缩聚反应；(2)之后在惰性气氛下，在第二温度下发生第二热缩聚反应；所述第二温度>第一温度>所述预热的温度。本发明专利技术采用两步复合方法，可以在获得高软化点且高聚合度的各向同性沥青的同时，防止沥青过度氧化结焦并抑制QI的形成。并用于负极材料包覆，极大的提高了乙烯焦油资源的利用率，产生了巨大的经济效益和环保效益。了巨大的经济效益和环保效益。了巨大的经济效益和环保效益。

【技术实现步骤摘要】
乙烯焦油基沥青及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池负极材料领域，具体地涉及一种乙烯焦油基沥青及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]乙烯焦油是裂解生产乙烯时原料及产品高温缩合的产物。乙烯焦油富含芳烃、氮硫等杂原子含量少且几乎不含重金属等无机灰分，适合于制备具有高软化点、高芳香度且QI含量低的高性能炭素用沥青。国内对于乙烯焦油资源的利用率较低，主要用做燃料油等低附加值产品，降低了经济价值。
[0003]随着全球能源结构的转变，新能源领域蓬勃发展，锂离子电池的应用越来越广泛。石墨类碳基材料是目前商业应用中的主流材料，但一般需经过改性处理才能用作负极材料。用碳材料包覆石墨是一种常见的改性方法，能有效降低不可逆容量并提高循环性能。
[0004]CN109913253A公开了一种锂电池包覆专用的乙烯焦油基沥青的制备方法，采用持续减压闪蒸法，所制沥青具有高导电性和高隔热性能，但过程较为复杂费时。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的乙烯焦油资源的利用率低的问题，提供一种乙烯焦油基沥青及其制备方法和应用，极大的提高了乙烯焦油资源的利用率，产生了巨大的经济效益和环保效益。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供一种乙烯焦油基沥青的制备方法，该方法包括：
[0007](1)将乙烯焦油进行预热；然后在含氧气氛下在第一温度下发生第一热缩聚反应；
[0008](2)之后在惰性气氛下，在第二温度下发生第二热缩聚反应；
[0009]所述第二温度>第一温度>所述预热的温度。
[0010]本专利技术提供一种所述的制备方法制备得到的乙烯焦油基沥青。
[0011]本专利技术提供一种所述的乙烯焦油基沥青在负极材料包覆中的应用。
[0012]本专利技术提供一种改性石墨负极材料，该改性石墨负极材料含有石墨负极材料及包覆在石墨负极材料上的所述的乙烯焦油基沥青。
[0013]本专利技术提供一种乙烯焦油基沥青包覆石墨负极材料的方法，该方法包括：
[0014]a)按照本专利技术所述的方法制备乙烯焦油基沥青；
[0015]b)在溶剂存在下，将乙烯焦油基沥青、石墨和可选地表面活性剂混合，除去溶剂、干燥、碳化、冷却。
[0016]本专利技术直接将乙烯焦油先使用含氧气氛处理，促进沥青组分的氧化及脱氢聚合反应，同时去除轻组分，沥青分子趋向于在氧自由基作用下形成交联的大分子从而提高了软化点和结焦值，获得具有一定聚合度及残炭率的氧化沥青；进一步在惰性气氛中热缩聚调制，发生更加剧烈的脱氢缩合反应，使体系内分子芳构化乃至缩聚，进而形成平面型的芳香大分子，进一步提高了沥青的聚合度，同时提高了沥青的软化点、残炭率以及甲苯不溶物含
量。
[0017]本专利技术采用两步复合方法，可以在获得高软化点且高聚合度的各向同性沥青的同时，防止沥青过度氧化结焦并抑制QI的形成。将制备得到的乙烯焦油沥青用于负极材料包覆，可以保证在包覆量一定的情况下，包覆沥青的流动性更好，从而有助于减低操作温度、提高包覆的均匀性。本专利技术为连续化操作，工艺流程简单，可控性好，适合工业化生产。
附图说明
[0018]图1是本专利技术一种优选实施方式的乙烯焦油基沥青的制备方法及用于包覆石墨负极材料的流程示意图。
具体实施方式
[0019]以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。
[0020]本专利技术提供一种乙烯焦油基沥青的制备方法，该方法包括：
[0021](1)将乙烯焦油进行预热；然后在含氧气氛下在第一温度下发生第一热缩聚反应；
[0022](2)之后在惰性气氛下，在第二温度下发生第二热缩聚反应；
[0023]所述第二温度>第一温度>所述预热的温度。
[0024]本专利技术直接将乙烯焦油先使用含氧气氛处理，促进沥青组分的氧化及脱氢聚合反应，同时去除轻组分，沥青分子趋向于在氧自由基作用下形成交联的大分子从而提高了软化点和结焦值，获得具有一定聚合度及残炭率的氧化沥青；进一步在惰性气氛中热缩聚调制，发生更加剧烈的脱氢缩合反应，使体系内分子芳构化乃至缩聚，进而形成平面型的芳香大分子，进一步提高了沥青的聚合度，同时提高了沥青的软化点、残炭率以及甲苯不溶物含量；并且采用两步复合方法，可以在获得高软化点且高聚合度的各向同性沥青的同时，防止沥青过度氧化结焦并抑制QI的形成。
[0025]根据本专利技术一种优选的实施方式，所述第二温度高于第一温度30
‑
150℃，第一温度高于所述预热的温度100
‑
270℃。采用前述技术方案，能够实现乙烯焦油的梯次氧化和热缩聚，有效控制反应深度。
[0026]根据本专利技术一种优选的实施方式，预热温度为80～150℃。采用前述技术方案，能够改善乙烯焦油的流动性和便于输送。
[0027]根据本专利技术一种优选的实施方式，第一热缩聚的条件包括：以升温速率1
‑
10℃/min升温至第一温度250～350℃。
[0028]本专利技术中，第一热缩聚时间根据第一温度调整得到，根据本专利技术一种优选的实施方式，第一热缩聚时间为6～15h；优选为9～11h。采用前述技术方案，能够促进沥青组分的氧化聚合，提高沥青的软化点。
[0029]根据本专利技术一种优选的实施方式，第二热缩聚的条件包括：以升温速率1
‑
10℃/min升温至第二温度380～400℃。
[0030]本专利技术中，第二热缩聚时间根据第二温度调整得到，根据本专利技术一种优选的实施方式，第二热缩聚时间为3～6h；优选为4～5h。采用前述技术方案，能够促进沥青组分的缩聚，提高沥青的软化点。
[0031]根据本专利技术一种优选的实施方式，所述第一热缩聚和所述第二热缩聚均为恒温热缩聚。采用前述技术方案，能够保证沥青的充分聚合，得到高的软化点、残炭率以及甲苯不溶物含量。
[0032]根据本专利技术一种优选的实施方式，所述含氧气氛中氧气浓度为19
‑
30体积％，优选为空气，更优选，含氧气体的气速为0.5
‑
1L/min。采用前述技术方案，能够保证充足的氧气与沥青分子发生交联反应。
[0033]根据本专利技术一种优选的实施方式，所述惰性气氛为氮气气氛、氦气气氛和氩气气氛中的一种或多种，优选为氮气气氛，更优选，惰性气体的气速为0.2
‑
1L/min。采用前述技术方案，能够避免高温下的过渡氧化，进一步在惰性气氛下提高沥青性能。
[0034]根据本专利技术一种优选的实施方式，所述乙烯焦油中，以乙烯焦油总质量计，C/H质量比＞1.05，N元素和/或S元素的含量<0.1％，灰分含量≤0.1％。采用前述技术方案，能够提供高芳烃含量、低杂质含量的反应物料。
[0035]本专利技术提供一种所述的制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种乙烯焦油基沥青的制备方法，其特征在于，该方法包括：(1)将乙烯焦油进行预热；然后在含氧气氛下在第一温度下发生第一热缩聚反应；(2)之后在惰性气氛下，在第二温度下发生第二热缩聚反应；所述第二温度>第一温度>所述预热的温度。2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述第二温度高于第一温度30
‑
150℃，第一温度高于所述预热的温度100
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270℃；优选地；预热温度为80～150℃；和/或第一热缩聚的条件包括：以升温速率1
‑
10℃/min升温至第一温度250～350℃；和/或第一热缩聚时间为6～15h；优选为9～11h；和/或第二热缩聚的条件包括：以升温速率1
‑
10℃/min升温至第二温度380～400℃；和/或第二热缩聚时间为3～6h；优选为4～5h；优选地，所述第一热缩聚和所述第二热缩聚均为恒温热缩聚。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述含氧气氛中氧气浓度为19
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30体积％，优选为空气；和/或更优选，含氧气体的气速为0.5
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1L/min；所述惰性气氛为氮气气氛、氦气气氛和氩气气氛中的一种或多种，优选为氮气气氛；更优选，惰性气体的气速为0.2
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1L/min。4.根据权利要求1
‑
3中任意一项所述的制备方法，其中，所述乙烯焦油中，以乙烯焦油总质量计，C/H质量比＞1.05，N元素和/或S元素的含量<0.1％，灰分含量≤0.1％。5.权利要求1
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4中任意一项所述的制备方法制备得到的乙烯焦油基沥青。6.根据权利要求5所述的乙烯焦油基沥青，其中，所述乙烯焦油基沥青的软...

【专利技术属性】
技术研发人员：王永邦，黄友生，罗望群，姚思涵，罗勤高，张勤松，
申请(专利权)人：中国石化炼油销售有限公司，
类型：发明
国别省市：